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토머스 에디슨·니콜라 테슬라 전류 전쟁, 최종 승자는?

[궤도 밖의 과학] 발명왕 vs 천재 공학자 100년 만에 2차 전쟁 시작

  • 과학 커뮤니케이터 궤도 nasabolt@gmail.com

토머스 에디슨·니콜라 테슬라 전류 전쟁, 최종 승자는?

토머스 에디슨과 니콜라 테슬라의 대결을 소재로 한 영화  ‘커런트 워’(왼쪽)와 ‘테슬라’. [네이버 영화]

토머스 에디슨과 니콜라 테슬라의 대결을 소재로 한 영화 ‘커런트 워’(왼쪽)와 ‘테슬라’. [네이버 영화]

2019년과 2020년 같은 인물을 다룬 영화 두 편이 각각 개봉했다. 주인공이 얼마나 대단한 인물이기에 비슷한 내용을 연달아 관객에게 선보였을까. 시나리오 완성도나 감독 연출력에 따라 흥행 여부는 갈렸지만, 확실한 건 극에서 대립하는 두 인물은 그야말로 인류가 지금처럼 편리한 생활을 누리는 데 크게 이바지했다는 사실이다. 발명왕 토머스 에디슨(1847~1931)과 천재 공학자 니콜라 테슬라(1856~1943) 얘기다.

전설적 사업가로 널리 알려진 에디슨은 어린 시절 알을 품어 병아리를 부화시키려 했던 일화가 유명하다. 호기심이 많아 평범한 교육에는 적응하지 못했지만, 어머니의 헌신적 노력으로 에디슨은 평생 자신의 재능을 충분히 발휘할 수 있었다. 그는 세계에서 가장 많은 발명품을 남겼는데, 미국에서 낸 특허 1093개를 포함해 전 세계적으로 총 2332개 특허를 보유했다.

막대한 부와 명예를 가진 에디슨은 “천재는 1% 영감과 99% 노력으로 만들어진다”라는 명언을 통해 노력의 중요성과 영감의 가치를 설파했다. 한동안 수많은 위인전이 그가 얼마나 위대한 인물인지를 상세하게 기록했다. 반면 니콜라 테슬라라는 세르비아계 오스트리아 출신 미국 공학자에 대해서는 꽤 오랫동안 알려진 바가 많지 않았다. 에디슨에 대한 끝없는 찬사가 멈출 때쯤 사람들은 그의 뒷얘기에 관심을 두기 시작했고, 그러면서 세기의 발명가 뒤에 가려져 있던 또 다른 천재가 서서히 모습을 드러냈다.

테슬라를 위대한 영웅으로 칭송하는 세르비아에는 그의 이름을 딴 국제공항이 수도 베오그라드에 있다. 공학에서는 자기장 단위로 테슬라(T)가 가우스(G)만큼 많이 쓰인다. 게다가 1982년 미국 캘리포니아주에서 결성된 미국 록 밴드와 슬로바키아의 진공관 제조업체도 테슬라 업적을 기리고자 동명의 이름을 사용했다. 수소연료전지를 기반으로 대형트럭을 만드는 회사 니콜라와 전기자동차 회사 테슬라는 기존 내연기관을 대체할 세상을 꿈꾸며 니콜라 테슬라에서 이름을 따왔다. 아마도 전기의 대중화를 통해 전 세계 모든 곳에 흔적을 남긴 그를 기리려는 의도일 것이다.

이 제조업체들이 대중에게 테슬라 이름을 각인한 건 사실이지만, 분명히 알아야 할 것은 적어도 니콜라 테슬라는 평생 돈을 벌 수 있는 기술특허 사용료 체계나 투자자들에게 제시할 직접적인 수익모델은 만들지 못했다는 점이다. 그 대신 얼마나 많은 사람이 더 혜택을 받을 것인지에 관심을 쏟았다. 테슬라의 의지를 제대로 잇고자 마음먹은 기업이라면 그가 해낸 기술 혁신 브랜드를 내세워 돈 벌 생각만 할 게 아니라, 죽는 순간까지 그가 세상에 남기고자 했던 선물이 무엇이었는지를 고민해야 한다.




평생 연구에만 매진한 과학자이자 발명가

천재 공학자 니콜라 테슬라. [사진 제공 · The Tesla Collection]

천재 공학자 니콜라 테슬라. [사진 제공 · The Tesla Collection]

니콜라 테슬라는 1856년 당시 오스트리아제국의 스밀랸이라는 작은 마을에 사는 세르비아인 부모 밑에서 태어났다. 어머니에게서 놀라운 기억력과 기계를 만드는 재능을 물려받은 그는 3세 무렵 마차크라는 이름의 검은 고양이를 키웠는데, 춥고 건조한 어느 겨울날 고양이 등을 쓰다듬다 갑자기 발생한 정전기를 경험했다. 당시 성직자였던 아버지로부터 이러한 현상이 하늘에서 치는 번개와 비슷하다는 이야기를 들은 테슬라는 그렇다면 자연은 거대한 고양이가 아니겠느냐는 생각을 했다. 신이 그 거대한 등을 쓰다듬을 것이라고 결론 내린 것. 이러한 경험은 어린 테슬라에게 영원히 잊을 수 없는 영감을 불어넣었고 평생을 전기 연구에 매진하게끔 했다.

1870년 우리나라로 치면 중학교에 해당하는 김나지움(Gymnasium)에 입학한 테슬라는 당시 적분을 암산으로 계산할 수 있었는데, 그를 가르치던 수학 교사가 정답을 훔쳐본 것으로 오해할 정도였다. 그로부터 3년 후 테슬라는 고향 스밀랸으로 돌아왔다. 귀국과 동시에 콜레라에 걸려 9개월간 몇 번이나 죽을 고비를 넘겼다. 자신의 뒤를 이어 성직자가 되길 원하던 아버지에게 테슬라는 공학을 공부할 수 있게 해달라고 요청했다. 아버지는 ‘죽은 사람 소원도 들어주는 마당에 산 사람 소원을 못 들어주겠나’라는 심정으로 가장 좋은 공대에 보내주겠다고 약속했다.

이후 건강을 되찾은 테슬라는 오스트리아 그라츠에 있는 공대에 장학금을 받고 입학했다. 하루에 4시간씩만 자며 공부한 그는 첫해에 모든 시험에서 최고 점수를 받았다. 심지어 어떤 교수는 “테슬라가 이렇게 공부하다가는 죽을지도 모른다”는 내용의 편지를 그의 아버지에게 보내기도 했다. 그런데 두 번째 해가 끝나갈 무렵 테슬라는 도박으로 장학금과 용돈을 탕진했다. 성적도 형편없어 졸업이 불가능한 상황에까지 이르렀다. 이후 가족 얼굴을 보기 부끄러워진 그는 모든 관계를 끊고 도박만 하다 신경쇠약에 시달렸다. 결국 경찰의 호송을 받아 집으로 돌아온 그는 아버지가 사망하고 나서야 정신을 차렸다. 이후 그는 프라하대에서 자신이 좋아하던 전기를 다시 공부하기 시작했다.

발명왕 토머스 에디슨. [사진 제공 · 미국 의회도서관]

발명왕 토머스 에디슨. [사진 제공 · 미국 의회도서관]

당시 에디슨은 이미 ‘에디슨 컴퍼니’라는 제조 회사를 세워 승승장구하고 있었다. 이 기업의 프랑스 파리 지사에 테슬라가 입사하게 됐다. 그곳에서 테슬라는 발전기 성능을 개선하며 두각을 나타내기 시작했다. 파리 지사 책임자로부터 ‘에디슨에 버금가는 인물’이라는 추천을 받은 테슬라는 파리에서 미국 뉴욕 본사로 자리를 옮겼다. 미국에 도착한 테슬라는 전기를 직류로 변환하는 과정에서 불필요한 장치가 많이 달린다는 점을 깨닫고, 교류를 사용하면 효율을 더욱 높일 수 있을 것이라고 판단했다. 하지만 이미 직류 설비에 많은 투자를 한 에디슨은 갓 들어온 신입사원의 주장에 코웃음을 쳤다. 그 대신 테슬라에게 직류 발전기를 지금보다 발전시키면 5만 달러를 주기로 약속했다. 테슬라는 몇 달 밤샘 작업 끝에 직류 발전기가 가진 많은 단점을 개선하는 데 성공했다. 하지만 에디슨은 “미국식 유머를 이해하지 못한다”며 약속된 성과급을 주지 않았다. 자존심이 상한 테슬라는 즉시 사표를 제출했다. 그리고 테슬라가 연구한 교류에 관심을 보인 웨스팅하우스는 그에게서 특허권을 사들였다. 드디어 1885년 웨스팅하우스와 테슬라의 교류(AC), 그리고 에디슨의 직류(DC)가 전력 시스템 표준 자리를 놓고 경쟁하는 전류 전쟁(Current War)이 발발했다.

모두가 승리자 될 새로운 전류 전쟁

니콜라 테슬라의 전구 실험. [GettyImages]

니콜라 테슬라의 전구 실험. [GettyImages]

직류는 전기를 사용처와 매우 가까운 곳에서 공급받을 수 있으면 더 효율적이다. 반면 교류는 고전압을 사용할 수 있고 전압 변화도 비교적 간단해 멀리서 전기를 보내도 손실이 덜하다. 이 둘 사이에 치열한 싸움이 벌어졌다. 하지만 당시 흐름은 직류였다. 에디슨을 지지하는 측은 교류가 고전압이라 위험하다며 유기동물들을 교류로 죽이는 모습을 시연하기도 했다. 교류 전기의자를 설계해 관객 수천 명이 보는 앞에서 코끼리를 교류로 감전사시키기도 했다. 하지만 훨씬 저렴하게 전기를 공급할 수 있는 교류가 조금씩 인기를 얻기 시작했고 결국 전류 전쟁 승자는 테슬라가 됐다.

지금 우리가 부족함 없이 전기를 활용할 수 있는 것도 테슬라가 발명한 교류 덕분이다. 발전소에서 만들어진 전기가 각자 집까지 도달하는 모든 과정은 테슬라가 같은 주파수에서 위상은 달리하도록 설계한 다상교류 방식을 기반으로 한다.

직류와 교류 전쟁을 형상화한 이미지 [GettyImages]

직류와 교류 전쟁을 형상화한 이미지 [GettyImages]

재미있는 사실은 100년 만에 2차 전류 전쟁이 시작되고 있다는 것이다. 당시 전기를 효율적으로 멀리까지 보내기 어려웠던 에디슨의 직류 송전 방식이 테슬라에게 패배했고, 현재 구축된 전 세계 전력망은 교류 송전 방식이다. 하지만 최근 기술 발전으로 직류의 장점이 다시 두드러지는 추세다. 일반적으로 전력 손실을 최소화하면서 먼 지역까지 전기를 보내려면 전기 세기인 전압을 높여야 한다. 하지만 과거에는 직류 전압을 쉽게 높이는 기술력이 부재했기 때문에 어쩔 수 없이 전압을 바꾸기 수월한 교류를 활용했다. 이론적으로는 직류가 교류보다 전력 손실이 적고, 혹시 사고가 났을 때도 손쉽게 전력망을 분리할 수 있다는 장점을 지닌다. 하지만 발전소를 도시 근처에 지을 수 없는 게 단점이었다. 이제는 높은 전압의 교류를 직류로 바꿔 송전할 수 있는 기술이 개발됐다.

니콜라 테슬라가 미국 뉴욕에 세운 워든클라이프 타워. [GettyImages]

니콜라 테슬라가 미국 뉴욕에 세운 워든클라이프 타워. [GettyImages]

거리 제한에서 자유로운 직류가 등장한 것. 이렇게 되면 효율성뿐 아니라, 가정에서 사용하는 전자제품도 크기를 줄일 수 있다. 가전은 보통 직류를 사용하기에 내부에 교류를 다시 직류로 바꿔주는 어댑터가 있어야 하는데, 직류 방식을 적용하면 어댑터가 필요 없기 때문이다.

심지어 최근에는 테슬라와 에디슨 모두가 승자라는 주장도 나온다. 전기차 시대엔 두 방식의 전기가 모두 중요해서다. 한정된 전기를 알차게 사용하는 데 특화한 전기차는 우선 교류를 직류로 바꿔 저장한다. 쉽게 빠져나가는 특성이 있는 교류보다 직류를 저장해두는 편이 효율적이기 때문이다. 또한 전기차를 제어하는 데 쓰이는 전자장치에는 직류가 사용된다. 하지만 전기차에서 가장 중요한 모터에는 다시 교류가 필요하다. 직류 모터를 사용하면 시끄럽고 비효율적이라 안정적으로 달리기 위해서는 교류로 변환해 모터로 보내야 한다. 충전 방식 역시 교류와 직류를 모두 쓴다. 배터리 수명을 단축하는 급속 충전은 별도의 변환 없이 직류를 사용하고, 시간이 오래 걸리긴 하지만 비교적 수명에 영향을 적게 미치는 완속 충전은 교류를 조심스럽게 직류로 변환해 저장한다.

그리스 신화에서 ‘앞을 내다본다’라는 뜻의 이름으로 늘 인간 편에 서서 도움을 준 프로메테우스처럼, 인간에게 최초로 불 대신 마음껏 쓸 수 있는 전기를 가져다준 니콜라 테슬라 역시 불행하게 삶을 마감했다. 어린 시절 나이아가라 폭포를 그린 판화를 보며 물의 힘으로 전기를 만들어보고 싶었던 그는 세계 최초 수력발전소를 통해 뉴욕에 전기를 공급하면서 꿈을 이뤘다. 테슬라는 8개 국어를 능숙하게 할 만큼 머리가 좋고 말솜씨도 뛰어났다. 키도 훤칠한 데다 미남이었다. 하지만 그는 이성에는 관심도 없고 오직 새로운 발명에만 몰두했다. 말년까지 테슬라는 자연으로부터 무한한 에너지를 영원히 얻을 수 있는 방법을 찾았다. 뉴욕에 ‘워든클라이프 타워(Wardenclyffe Tower)’라는 무선 전력 전송 장치를 건설해 인류에게 무료로 전기를 나눠주려는 시도도 했다. 물론 그의 몽상은 투자자들의 거부로 중단됐다.

결국 테슬라는 가난에 시달리다 87세 나이로 쓸쓸하게 세상을 떠났다. 일평생 독신으로 외로운 삶을 살았지만, 그가 최초로 만들어낸 위대한 과학기술 결과물들은 전 인류에게 영원히 남아 있다.

궤도는… 연세대 천문우주학과 학부 및 대학원을 졸업하고 한국천문연구원 우주감시센터와 연세대 우주비행제어연구실에서 근무했다. ‘궤도’라는 예명으로 팟캐스트 ‘과장창’, 유튜브 ‘안될과학’과 ‘투머치사이언스’를 진행 중이며, 저서로는 ‘궤도의 과학 허세’가 있다.





주간동아 1318호 (p56~59)

과학 커뮤니케이터 궤도 nasabolt@gmail.com
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2022.05.27

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